探測器深空機動軌道示意圖探測器調(diào)姿示意圖（國家航天局供圖 圖片：李貴良）
10月9日23時，在我國首次火星探測任務飛行控制團隊控制下，天問一號探測器主發(fā)動機點火工作480余秒，順利完成深空機動。至此，探測器的飛行軌道變?yōu)槟軌驕蚀_被火星捕獲的與火星精確相交的軌道。
在距離地球大約2940萬千米的深空實施軌道機動，對于“天問一號”火星探測任務來說，此次變軌意義重大。未來，探測器將在當前軌道飛行約4個月后與火星交會，期間將實施兩到三次軌道中途修正。
看點一：什么是深空機動？與軌道修正區(qū)別在哪？
在航天術語中，為了減小飛行偏差，使探測器沿著預定的軌道飛行而進行的軌道控制稱作“修正”。改變探測器當前軌道，使其進入一條新的軌道而進行的軌道控制稱作“機動”。
深空機動是指在地火轉移段實施的一次變軌機動。因其在距離地球大約2940萬千米的深空實施，故被稱作深空機動。中國航天科技集團八院火星環(huán)繞器團隊介紹，通過深空機動，可以改變探測器原有的飛行速度和方向，使其能夠沿著變軌后的軌道順利飛行至火星。
此前，“天問一號”已完成兩次軌道中途修正。專家表示，與速度增量較小、發(fā)動機工作較短的常規(guī)中途修正不同，深空機動過程中，探測器由發(fā)射入軌的逃逸轉移軌道變軌為精確到達火星的軌道，速度增量大，發(fā)動機工作時間長，因而對探測器控制和推進系統(tǒng)提出了極高的要求。
探測器深空機動軌道示意圖探測器調(diào)姿示意圖（國家航天局供圖 圖片：李貴良）
看點二：為什么要進行“深空機動”
記者了解到，天問一號的軌道設計，是在綜合考慮從發(fā)射到火星捕獲的各種約束條件后，為使推進劑消耗盡可能小，采取了轉移過程中進行一次深空機動的飛行策略。
具體來說，執(zhí)行深空機動是軌道聯(lián)合優(yōu)化的結果，能夠提升運載的發(fā)射能力、增加探測器的發(fā)射質(zhì)量，使探測器可以攜帶更多的推進劑，更好地完成探測任務。
綜合來看，深空機動“好處多多”。據(jù)介紹，通過使用深空機動進行軌道設計和軌道控制，不但成功增加了探測器的推進劑攜帶量，還能夠將一個大的捕獲速度增量分解為兩次相對較小的速度增量，有利于減小發(fā)動機單次工作時間，保證發(fā)動機工作的可靠性。
同時，深空機動的實施有利于3000N發(fā)動機的標定，過程中可對3000N大發(fā)動機進行推力和比沖標定，而精確的發(fā)動機標定參數(shù)可以更好地確?；鹦遣东@的精度。
此外，通過深空機動，八院火星環(huán)繞器研制團隊實現(xiàn)了對探測器到達時間的優(yōu)化，能夠得到更加有利的捕獲點處的光照條件和通信條件，也使捕獲時探測器經(jīng)歷的火影時間（探測器進入太陽光被火星遮擋的陰影區(qū)）和通信盲區(qū)時間更短。
看點三：深空機動如何實現(xiàn)？
據(jù)國家航天局探月與航天工程中心深空探測總體部部長耿言介紹，天問一號這次軌道調(diào)整是本次火星探測任務到目前為止難度最大的一次。
此次深空機動需要根據(jù)預定到達火星時間、軌道參數(shù)與即時測控定軌參數(shù)制定深空機動變軌策略，完成對應的探測器姿態(tài)和軌道控制，確保探測器在深空機動后處于與火星精確相交的軌道上。
為了精準實現(xiàn)深空機動，需要測控系統(tǒng)、探測器系統(tǒng)兩方面的密切配合。據(jù)了解，為了完成地面測控的精密定軌和器上精確自主的軌道控制，本次深空機動中，地面對探測器的定軌任務由我國深空測控站和天文臺共同完成，準確保證了探測器變軌的精密定軌需求。
同時，還需天問一號自身“素質(zhì)過硬”。據(jù)了解，為了能夠精確自主控制軌道，火星環(huán)繞器裝備了高精度陀螺、加速度計以及具備故障識別與自主處理能力的器上計算機，充分保證了軌控的精度和可靠性。
探測器調(diào)姿示意圖（國家航天局供圖 圖片：李貴良）
看點四：3億公里外的精確“瞄準”
本次深空機動中，環(huán)繞器瞄準的制動捕獲時火星的位置距離環(huán)繞器約3億公里遠，誤差控制約200公里，相當于北京到上海約1200公里距離中瞄準一個直徑約0.8米的目標。其難度可想而知。
而從此次深空機動控制的結果來看，實際精度要優(yōu)于設計指標。這是火星探測任務團隊緊密配合、不懈努力的結果。
后續(xù)，工作人員將根據(jù)探測器實際飛行狀態(tài)，迭代優(yōu)化中途修正策略，利用中途修正持續(xù)對到達火星的軌道再進行精確修正，保證探測器能夠按計劃準確進入火星捕獲走廊，被火星引力捕獲進入環(huán)火軌道，開展著陸火星的準備和后續(xù)科學探測等工作。
